Magnetische levitatie - wat is het en hoe is het mogelijk

Het woord "levitatie" komt van het Engels "levitate" - om te stijgen, om de lucht in te stijgen. Dat wil zeggen, levitatie is het overwinnen door het voorwerp van de zwaartekracht wanneer het stijgt en de steun niet raakt, zonder van de lucht af te stoten, zonder gebruik te maken van straalaandrijving. Vanuit het oogpunt van de fysica is levitatie een stabiele positie van een object in een zwaartekrachtsveld, wanneer zwaartekracht wordt gecompenseerd en er een herstellende kracht is die het object stabiliteit in de ruimte biedt.

In het bijzonder is magnetische levitatie de technologie van het optillen van een object met behulp van een magnetisch veld, wanneer magnetische actie op een object wordt gebruikt om de versnelling van de zwaartekracht of een andere versnelling te compenseren. Het gaat over magnetische levitatie die in dit artikel wordt besproken.

Magnetische retentie van een object in een toestand van stabiel evenwicht kan op verschillende manieren worden gerealiseerd. Elk van de methoden heeft zijn eigen bijzonderheden en aan elk kan een claim worden gedaan, zoals "dit is geen echte levitatie!", En zo zal het ook echt zijn. Ware levitatie in zijn pure vorm is onbereikbaar.

Dus de Earnshaw-stelling bewijst dat het, met alleen ferromagneten, onmogelijk is om een ​​object stabiel in een zwaartekrachtveld te houden. Maar ondanks dit, met behulp van servomechanismen, diamagnetica, supergeleiders en wervelstroomsystemen, is het mogelijk om een ​​schijn van levitatie te bereiken wanneer een of ander mechanisme het object helpt bij het handhaven van het evenwicht wanneer het wordt opgeheven boven de ondersteuning door magnetische kracht. Maar eerst dingen eerst.

Elektromagnetische levitatie met volgsysteem

Door een circuit toe te passen op basis van een elektromagneet en een fotorelais, kunt u levitatie van kleine metalen voorwerpen afdwingen. Het artikel zweeft op enige afstand van de elektromagneet op het rek. De elektromagneet krijgt stroom totdat de fotocel die in het rek is gemonteerd, wordt verborgen door een stijgend object, totdat er voldoende licht uit komt van een vaste besturingsbron, wat betekent dat het object moet worden getrokken.

Wanneer het object voldoende wordt opgeheven, wordt de elektromagneet uitgeschakeld, omdat op dit moment de schaduw van het object dat in de ruimte wordt verplaatst op de fotocel valt, waardoor het licht van de bron wordt geblokkeerd. Het object begint te vallen, maar heeft geen tijd om te vallen, omdat de elektromagneet weer wordt ingeschakeld. Door de gevoeligheid van het fotorelais aan te passen, kunt u dus een effect bereiken waarbij het object op een of andere manier op één plaats in de lucht hangt.

In feite valt het object voortdurend en wordt het vervolgens weer licht verhoogd door de elektromagnetische straling. Het blijkt de illusie van levitatie. Dit principe is gebaseerd op het werk van 'levitating globes' - eerder ongebruikelijke souvenirs, waarbij een magnetische plaat op de bol is bevestigd, waarmee een elektromagneet, verborgen in een standaard, samenwerkt.

Diamagnetische levitatie

Grafietlood van een eenvoudig potlood is een diamagnet, dat wil zeggen een substantie die wordt gemagnetiseerd tegen een extern magnetisch veld. Onder bepaalde omstandigheden wordt het magnetische veld volledig verplaatst van het materiaal van de diamagnet, bijvoorbeeld grafietlood heeft een hoge magnetische gevoeligheid en begint zelfs boven kamertemperatuur boven neodymiummagneten te zweven.

Voor stabiliteit van het effect moeten magneten verspringen (magneetpolen), dan glijdt de grafietstaaf niet uit de "magnetische val" en gaat hij zweven.

Een zeldzame-aardemagneet met een inductie van slechts 1 T kan tussen bismutplaten hangen en in een magnetisch veld met een inductie van 11 T kan de "levitatie" van een kleine neodymiummagneet tussen de vingers worden gestabiliseerd, aangezien menselijke handen een diamagnet zijn, zoals water.

Een vrij wijdverbreide ervaring met een zwevende kikker is bekend. Het dier wordt zorgvuldig over een magneet geplaatst, die een magnetische inductie van meer dan 16 T creëert, en de kikker, die diamagnetische eigenschappen vertoont, bevriest in feite in de lucht op korte afstand van de magneet.

Magneet levitatie over een supergeleider (Meissner-effect)

De yttrium-barium-koperoxideplaat wordt gekoeld tot de temperatuur van vloeibare stikstof. Onder deze omstandigheden, de plaat wordt een supergeleider. Als u nu een neodymiummagneet op een standaard boven de plaat plaatst en vervolgens de standaard van onder de magneet uittrekt, hangt de magneet in de lucht - deze gaat zweven.

Zelfs een kleine magnetische inductie in de orde van 1 mT is voldoende om de magneet, wanneer op de plaat geplaatst, een paar millimeter boven de gekoelde supergeleider op hoge temperatuur te laten stijgen. Hoe hoger de inductie van de magneet, hoe hoger deze zal stijgen.

Het punt hier is dat een van de eigenschappen van een supergeleider de verdrijving van het magnetische veld uit de supergeleidende fase is en dat de magneet, afstotend uit dit magnetische veld van de tegenovergestelde richting, omhoog zweeft en blijft stijgen boven de gekoelde supergeleider totdat het de supergeleidende toestand verlaat.

Eddy Current Levitatie

Wervelstromen (Foucault-stromingen) geïnduceerd door alternerende magnetische velden in massieve geleiders kunnen ook objecten in een zwevende toestand houden. Een wisselstroomspoel kan bijvoorbeeld zweven over een gesloten aluminiumring en een aluminiumschijf zweeft boven een wisselstroomspoel.

De verklaring is hier: volgens de wet van Lenz zal de stroom die in de schijf of in de ring wordt geïnduceerd een zodanig magnetisch veld creëren dat de richting ervan de oorzaak ervan verhindert, dat wil zeggen dat in elke periode van wisselstroomoscillaties in de inductor een magnetisch veld van de tegenovergestelde richting wordt geïnduceerd in de massieve geleider . Een massieve geleider of spoel met een geschikte vorm kan dus altijd zweven terwijl de wisselstroom is ingeschakeld.

Een vergelijkbaar retentiemechanisme treedt op wanneer neodymium magneet druppel in een koperen pijp - het magnetische veld van de geïnduceerde wervelstromen is tegenover het magnetische veld van de magneet gericht.